【OS学习笔记】十一实模式:中断-软中断和硬中断基本原理

上一篇文章我们模拟操作系统的加载器程序，使用汇编语言实现了一个程序加载器：点击链接查看上一篇文章：程序加载器的实现原理

本篇文章，是实模式学习的结尾。在经过了那么多坎坷，终于学完了8086的实模式！！！最重要的是本篇文章没有汇编代码，只讲原理~~ 今天的内容比较简单，学习一下中断的原理-包括硬中断和软中断。主要理解以下内容：

硬中断的工作原理
软中断的工作原理
中断向量表

1、硬中断

硬中断一般是外部硬件中断-就是从处理器外部来的中断信号。

当外部设备发生错误或者有数据要传送时，或者处理器交给它的任务处理完了，它都会向处理器发送信号，高速处理器。

如下图，外部硬件中断是通过两个信号线引入处理器内部的。这两根线的名字恩别叫做NMI和INTR

在这里插入图片描述

当一个中断发生时，处理器将会通过中断引脚NMI和INTR得到通知。除此之外，处理器还需要知道发生了什么，以便采取适当的处理措施。

每种类型的中断都被统一编号，这称为中断类型号、中断向量或者中断号。

1.1 非屏蔽中断（不可屏蔽中断）

NMI接收的是不可屏蔽中断。

不可屏蔽中断的中断号统一为2（因为所有不可屏蔽中断都几乎是致命的无法解决，所以处理器干脆不处理的，统一将他们的中断号令为2，处理器接收到2号中断时直接放弃继续正常工作，也不会试图纠正已经发生的错误。）。

1.2 可屏蔽中断

和NMI不同，INTR一般接收的是可屏蔽中断。大多数的中断也是可屏蔽中断。

INTR接收可屏蔽中断。

Intel处理器允许有256个中断。中断号是0~255。如下图是一个中断控制器，它管理传送来的中断信号，决定是否将中断传送给CPU。
在这里插入图片描述
以上两个8259芯片负责15个中断号的管理。注意这里为什么是15个而不是256个呢？其实是每次它管理的中断号不一样的，这一次可能管理的是10-25号，下次可能管理的是其他的号。

那么在哪里屏蔽中断或者不屏蔽中断呢？实际上有两个位置，一个是8259内部，一个是处理器内部。

**8259内部：**在8259内部有一个中断屏蔽寄存器，这是个8位寄存器，对应着该芯片的8个输入引脚，对应的位是0还是1决定了该引脚输入的中断是否能通过8259芯片。0表示允许 1表示阻断

**处理器内部：**除了要看8259内部，最终还要看处理器。处理器内部的标志寄存器FLAGS有一个标志IF。这是中断标志。当IF为0时所有从INTR来的中断都被忽略。当IF为1时处理器可以接收和相应中断。

1.3、实模式下中断向量表

所谓中断处理，就是处理器要执行一段与该中断有关系的程序（指令）。处理器可以识别256个中断，那么理论上就需要256个中断程序。

这些程序的实际位置并不重要，重要的是，在实模式中，处理器要求将它们的入口点（还记得程序的入口点么？不记得话看上一篇文章）集中存放到内存中的从物理地址0x00000处（0x0000:0x0000）到0x003ff处（0x0000:0x03ff）。共1KB的内存空间。这就是所谓的中断向量表。

如下图是实模式下的中断向量表：
在这里插入图片描述

中断信号来自哪个引脚，8259芯片是最清楚的，所以他会把相应的中断号告诉处理器，处理器拿着这个中断号，要顺序做以下几件事：

保护断点的现场
- 首先将FLAGS寄存器压栈，然后清楚它的IF位（防止在中断的时候被打断，如果想要有嵌套中断，可以在编写中断处理程序时适时使用sti指令开放中断）
- 然后依次将CS于IP寄存器压栈
执行中断处理程序
- 由于处理器已经拿到了中断号，它用中断号乘以4（见上图）就得到了该中断的入口点的偏移地址和段地址
- 接着将得到的段地址与偏移地址传送给CS和IP
返回到断点接着执行
- 所有中断的程序的最后是一条iret指令。这将导致处理器一次从栈中弹出IP CS FLAGS的原始内容，于是转到主程序继续执行
- 由于中断处理程序返回时已经将FLAGS内容恢复，所以IF标志位也恢复。也就是说可以接收新的中断